航空活塞发动机滑油功能探讨

常虎山

（中国民航飞行学院，四川广汉618307）

航空活塞发动机滑油功能探讨

常虎山

（中国民航飞行学院，四川广汉618307）

滑油是航空活塞发动机的血液，滑油应具有润滑、清洁、密封、保护和冷却等功能才能保证发动机的正常运转，对滑油这些功能进行探讨有助于你更好认识滑油对航空活塞发动机的重要性。

发动机；滑油；功能

滑油是航空活塞发动机的血液，滑油应具有润滑、清洁、保护、密封和冷却等功能才能保证发动机的正常运转，目前全球通用轻型飞机绝大部分使用莱康明航空活塞发动机提供动力，为本文以莱康明航空活塞发动机为例对这些功能进行一一探讨有助于你更好认识滑油对航空活塞发动机的主要性。图1所示。

图1 莱康明典型航空活塞发动机

1 润滑功能

莱康明发动机滑油提供两种类型的基本润滑：压力润滑和边界润滑[1]。

压力润滑：指示被润滑部件被一层压力滑油膜隔开。运动部件表面会产生一层油膜，油膜内有足够的压力可以将相互接触部件的表面分开。就像水上飞机的水面效应。例如，曲轴、凸轮轴轴颈与轴承、挺杆体与其安装孔之间就是压力润滑。图2所示。

图2 斯特里贝克曲线和发动机部件的工作状况

上述曲线表明：气门机构链中的关键部件，包括挺杆体和摇臂轴，主要工作在边界润滑和混合润滑区域之间。

边界润滑：产生在油膜不足以将相互接触的金属部件分开的地方。它产生在高负荷区域，例如，凸轮凸峰、挺杆端面、齿轮、活塞环在死点位置时都会产生边界润滑。润滑油具有表面活化特性和化学特性。固体表面的化学特性决定其摩擦和磨损特性。边界润滑是在金属表面之间形成一层结实的油膜以阻止金属相互接触。滑油的边界润滑特性主要是由加入滑油中的添加剂决定的。

添加剂给边界润滑提供一种被称作“极端压力”的润滑油（EP）。所有“EP”润滑油都是硫、磷化合物或者氯化物，可以防止发生粘附磨损。例如，氯基EP润滑油是由一种高分子直链碳氢化合物经过化学反应生成的。石蜡与氯元素发生反应的生成物就属于这个类型，氯原子取代石蜡分子中的氢原子。氯在铁部件表面进行化学反应生成一层氯化铁，这将减少摩擦面的磨损和损伤。

粘附磨损发生在两个相互接触的滑动表面上、如活塞与汽缸，摩擦产生的热量会使接触面局部熔接在一起。当新部件运转时，两个表面相互接触就会产生轻微的粘附磨损。严重的粘附磨损称为咬接。当金属因发生熔接和撕裂，而从一个表面转移到另一个表面上时，就产生了咬接。硫或磷酸基EP添加剂会在金属表面形成一层硫化铁或磷酸铁保护膜。这层氧化膜能够将滑油吸附在表面上形成一层液体润滑膜。氧化膜的厚度通常不低于100埃（聚合物VI分子的厚度大约是几千埃）。硫化铁或磷酸铁氧化膜的熔点很高，即使在高接触温度下也能保持固态而不被熔化。接触温度越高的地方，EP添加剂的反应速率越大。由于这些添加剂将被耗尽，因而需要进行及时补充。

在边界条件下，这层表面膜会不断地被刮掉和重新生成。在刮伤的地方会产生轻微的腐蚀。只有当温度达到发生“咬接”危险的温度时，添加剂才会起作用。如果反应速度太高，润滑油内的细粒磨料会引起磨损，从而持续不断地去除表面膜。这将会导致过度的抛光磨损。大量的EP润滑油如壳牌多级润滑油将磨光凸轮顶杆。

壳牌公司将一种EP润滑油用在它们的多级滑油15W50中，滑油的主要成分是磷酸三甲苯酯（由于涉及健康因素又被另称为磷酸三苯酯）。TCP也是一种化学制品，它被用于生产莱康明滑油添加剂LW-16702.适航指令中要求莱康明“76”系列发动机必须使用LW-16702添加剂。莱康明服务通告446C表明：有时候，当发动机首次起动时，在很短暂的时间间隔内，在摩擦部件之间存在滑油不足的情况[2]”而LW-16702“能在这些状况下阻止磨损的发生。

上述函数表明：在压力润滑条件下，发动机轴承摩擦力是润滑油粘度的一个函数。当添加剂能够有效减小滑油的粘度时，就能减小轴承所受的摩擦力。莱康明发动机使用的滑油添加剂LW-16702就能够有效的降低滑油粘度，从而降低发动机部件所受的摩擦力。

2 清洁功能

清洁功能：指滑油具有去垢能力和分散能力。滑油的去垢能力将阻止在热发动机内部表面上形成沉淀物。分散能力使污染物悬浮在滑油中，直到它们被发动机油滤清除或被放出。这将防止在发动机内形成淤泥，因为淤泥可能会堵塞或阻止滑油的流动。分散能力将防止污物微粒相互结合和变大，因此会减慢小微粒变成大颗粒的聚集速率。滑油变暗是滑油具有良好分散性能的标志。

莱康明绝大部分发动机都使用“无灰分散剂型”的润滑油。如果在一个烧杯内点燃无灰分散剂型滑油，将不会留下任何灰烬。无灰分散剂也能够中和腐蚀酸。有灰分散剂通常是金属化合物，最常见的是磺酸钙。燃烧室内的金属灰烬沉积物将形成过热点，从而导致早燃。正因为这个原因，绝大部分航空活塞发动机上均不能使用有灰分散剂滑油。

使用最普遍的分散剂是丁二酰亚胺型分散剂。分散剂分子中包含了一种可溶解于油的物质，这种物质能够吸附滑油，并形成一个极性基团来吸纳污染物。这些分子的功能与家用洗涤剂的功能类似，因此通常又叫做去垢剂。

3 保护功能

当燃油燃烧时，会产生燃烧副产品，水蒸汽便是其中的一种。一部分水蒸汽冷凝变成液态水进入滑油中。不仅二氧化碳和水会发生化合反应生成碳酸，而且两种副产品燃烧也会生成碳酸。酸来源于含铅汽油，酸中主要含氢、氯、氮、和碳。高硫燃料，如柴油，将形成硫酸。因此航空活塞发动机所用滑油必须能够中和酸和阻止由酸引起的腐蚀。

在滑油中添加抗氧化剂，将阻止或控制滑油的氧化作用。滑油氧化将导致：

（1）形成漆膜状沉积物

（2）粘性增大（活塞环粘结）

（3）轴承腐蚀

（4）形成油泥

滑油的氧化率通常由滑油的使用时间决定的。导致滑油氧化率增大的因素有：

（1）滑油中氧的含量。

（2）高温（每升高10℃氧化率将增大一倍）

（3）金属离子催化剂

在滑油中加入抗氧化剂将抑制滑油的氧化作用。抗氧化剂又叫金属钝化剂，如苯酚金属盐被加入到滑油中，它们能够在金属表面形成一层表面膜。表面膜能够阻止金属参与滑油的氧化作用。航空活塞发动机也经常用其它抗氧化剂，如二烷基二硫代磷酸锌和有机氮化合物。

4 密封和冷却功能

莱康明发动机汽缸壁上的滑油膜将混合气密封在燃烧室内。在曲轴从发动机机匣伸出的地方，曲轴封严圈必须确保不会出现滑油渗漏。在一般工作温度下，滑油的粘度和表面张力都将影响滑油的密封性能。滑油粘度越大则其表面张力也越大，它的密封效果越好。一般地，矿物润滑油的表面张力较低。

滑油必须将发动机产生的热量传入空气中。活塞直接与高温燃气接触，并将热量传递给活塞环。活塞环又通过汽缸壁上的滑油膜将热量传递给汽缸壁，然后经缸筒上的散热片将热量传到空气中。发动机局部的滑油温度实际上比滑油温度表上的读数要高。低挥发性可以防止滑油在高温下蒸发。对滑油挥发性的控制是通过调节基础油的沸腾温度范围来实现的。滑油的导热系数可表示如下：

或者，表示在单位时间内流过单位面积和单位厚度（即单位体积）的热量总和。与水相比较，滑油属于低传热介质.滑油的吸热能力大约是水的45%.

5 其他功能

低温下起动性能。确保在低温下滑油泵能够抽出滑油（正常工作）；在发动机起动时，滑油必须能够流入轴承中。为了让滑油能够在低温下流出油箱，需要在滑油中加入流点分散剂，通常使用低分子量的甲基丙烯酸聚合物。

帮助燃油雾化。莱康明湿机匣发动机滑油储油池位于进气管下部，循环回来的热滑油可加热进气管，因此可以增大燃油的雾化率从而改善混合气的分布[1]。

6 结语

本文以莱康明发动机为例逐一探讨了滑油的润滑、清洁、保护、密封和冷却等功能，让读者对莱康明航空活塞发动机滑油的功能有了更全面、更准确的认识，对在实际发动机维护中滑油的择具有指导性意义。

[1]Overhaul Manual Direct Drive Engine[M]，U.S.A：Textron Ly coming Inc，1974.

[2]Lycoming SB 446E[M]，U.S.A：Textron Lycoming Inc，2008.

Oil Function Discuss of Aviation Piston Engine

CHANG Hu-shan
（Civil Aviation Flight University of China，Guanghan Sichuan 618307，China）

Oil is the blood of the aviation piston engine.In order to ensure the normal operation of the engine，the oil should have lubrication，cleaning，protection，sealing，and cooling and other functions，discussing these functions can help you better understand that the oil is importance of aviation piston engine.

engine；oil；function

TH117

A

1672-545X（2017）06-0267-02

2017-03-22

科研项目：中国民用航空飞行学院面上项目，项目名称《莱康明HIO-360-G1A发动机本体修理技术开发研究》（项目编号：J2013-07）作者简介：常虎山(1973-)，男，四川中江人，工程硕士，工程师，研究方向为航空活塞发动机维修。